Введение к работе
Актуальность проблемы. Аварии строительных сооружений последних лет обязывают архитекторов и строителей обращать особое внимание на обеспечение достаточной прочности, устойчивости и живучести проектируемых объектов. Одним из путей достижения этой цели является применение достаточно изученных и апробированных в строительной практике конструкционных элементов К таким элементам из класса покрытий обо-лочечного типа следует отнести сферические, в частности геодезические, купола и оболочки.
Указанный вид покрытий хорошо зарекомендовал себя в строительной практике 50 — 70-х годов благодаря:
эстетической выразительности, достигаемой лишь пластикой разбивки поверхности на элементы;
возможностью создавать большие сооружения с номенклатурой типовых элементов не более 4-6 единиц;
относительной простоте прочностного расчета, опирающегося на известные тестовые аналитические решения;
возможностью значительного увеличения несущей способности за счет применения двухконтурных схем.
Однако в последующие годы интерес к геодезическим оболочкам стал снижаться из-за трудностей в выборе схем геодезических разбивок и большой трудоемкости математических вычислений, катастрофически возрастающих по мере увеличения перекрываемого пролета здания. В связи с этим
проектировщики при выборе конструктивных схем сооружений стали выбирать более простые для геометрического расчета варианты покрытий оболочечного типа, не всегда удачные с прочностных, экономических и технологических позиций. Поэтому проблема создания автоматизированных систем архитектурного проектирования геодезических куполов и оболочек в последние годы приобрела особую актуальность.
Границы исследования. Исследование ограничивается разработкой методов, систем алгоритмов и пакета программ, обеспечивающих на современном уровне автоматизированное архитектурное проектирование геодезических куполов и оболочек.
Как известно, архитектурное проектирование слагается из трех взаимопроникающих компонентов: 1) разработке функциональной взаимосвязи внутренних пространств объекта, 2) композиционного формирования объемно-конструктивной структуры объекта, 3) решения композиционной связи объекта с окружающей средой
Круг вопросов, рассматриваемых в диссертации, относится ко второму компоненту архитектурного проектирования оболочек.
Цель работы я метод исследования. Целью работы является разработка теоретических основ, алгоритмов и программных средств, предоставляющих возможность при формировании структур геодезических оболочек:
выбирать пластику эстетического облика проектируемого объекта,
учитывать ограничения, отвечающие техническим условиям выполнения монтажных работ для любой величины перекрываемого пролета;
конструктивно повышать несущую способность и живучесть покрытия за счет применения двухконтурных оболочек;
автоматизировать процесс проектирования до современного уровня виртуального конструирования сооружения ЗГ>-объектами.
Методы исследования. Полученные в диссертации результаты основываются на обобщении научных исследований мирового и многолетнего личного опыта диссертанта в проектировании и возведении геодезических куполов и оболочек. При этом в качестве метода исследования применялся системно-структурный анализ множества тех типов, которые могут быть оптимальными для различных случаев конкретной проектной ситуации Этот метод дополнен экспериментально-опытным моделированием куполов и оболочек, результаты которых — макеты, большемерные модели, вплоть до натуральных размеров - являются одновременно проверкой теоретических
положений исследования и методическими примерами архитектурного проектирования оболочек.
Научная новизна и значимость работы. Диссертационная работа является первым системным обобщением всего предшествующего опыта архитектурного проектирования геодезических куполов и оболочек. Наряду с обобщением работ предшественников, вошедших в классификационные системы «С», « Р» и « И» , автором разработаны и исследованы две новые системы сетевых разбивок - «П» и «ПР». Все задачи, входящие в исследование, впервые решены в общем виде, они дают возможность эффективно использовать персональные компьютеры на всех стадиях разработки архитектурных проектов зданий с покрытиями в виде оболочек Результаты исследования позволяют получать виртуальные модели оболочек и включать их в виде библиотечных элементов в существующие системы автоматизированного архитектурно-строительного проектирования.
Практическое значение работы. Результаты исследования, доведённые до компьютерных программ, устраняют ряд существенных факторов, препятствующих практическому использованию куполов и оболочек в архитектурном проектировании. При этом предоставляется возможность не только получать геометрические параметры сетей для любого вида геодезической оболочки, но и проектировать здания и сооружения с покрытиями оболочечного типа средствами современных систем САПР.
Вклад автора в разработку проблемы. Диссертантом лично получены и выносятся на защиту:
методика архитектурного проектирования геодезических куполов и оболочек, основанная на использовании современного уровня САПР;
классификация приёмов геодезической разбивки и типов сетевых разбивок;
методика обобщённого представления двухконтурных сетевых разбивок, основанная на применении принципа двойственности, и алгоритмы их расчёта;
общие принципы построения и расчета сетевых разбивок системы «П» и «ПР» и методика применения их в практическом архитектурно-строительном проектировании,
- методики создания специальных виртуальных библиотечных эле
ментов геодезических оболочек и формирования покрытия здания путём
сборки конструкции из фрагментов библиотечных модулей
6 Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались и получили положительную оценку на-
-
симпозиуме Международной ассоциации по мостам и конструкциям (1978г);
-
научно-технических конференциях в г. Свердловске (1985,1992 гг.),
-
4-й Международной конференции по компьютерной графике и визуализации в Нижнем Новгороде (1994 г.),
-
Международных конференциях по проблемам многоуровневого высшего образования в Нижнем Новгороде (2000,2003 и 2004 гг.),
-
3-й, 4-й и 5-й Международных конференциях по пространственным конструкциям в Суррейском университете (Англия, 1900, 1993, и 2002 гг.);
-
XIII словацко-польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства» (Словакия, 2004 г.)
Внедрение результатов исследования. Разрабатываемая методика проектирования геодезических оболочек, алгоритмы построения чертежей сетей начали использоваться с 70-х и 80-х годов прошлого столетия сразу в нескольких проектных и конструкторских организациях, в СКБ Горьков-ского инженерно-строительного института, в Кировском проектно-технологическом бюро, в институте «Краснодаргражданпроект», в конструкторском отделе Краснодарского завода торгового оборудования, в Бакинском заводе по обработке лёгких металлов и др В общей сложности по проектам автора диссертации и указанных организаций возведено более 450 купольных павильонов различного назначения в Горьком, Баку, Краснодаре, Павлове, Гагарине, а также в городах и посёлках Азербайджана (купола типа «Баку-1», «Баку-2.»,«Киров-2» и др ) Разработанная система автоматизированного проектирования геодезических куполов и оболочек успешно применяется в МПО ООО «Архстрой», ООО «Архитектурная мастерская Зубкова» и др
Публикации. По теме диссертации опубликовано 63 печатные работы. Из них 2 монографии,, 25 статей в научных журналах России и зарубежья, в том числе 8 публикаций в рекомендованных ВАК-ом изданиях, 2 учебных пособия, 3 методических указания для студентов, 20 информационных листков Подготовлено 3 рукописных отчёта о научно-исследовательских работах, зарегистрированных в отделе научно-технической информации (ВИНИТИ).
Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит
7 из введения и шести глав, заключения, списка использованных источников
и приложения. Основной печатный текст вместе с иллюстрациями занимает 245 страниц. Библиография содержит 292 наименования
Тексты программ вычисления параметров и создания библиотечных элементов всех рассмотренных автором геодезических систем вынесены в отдельное Приложение на 202 страницах Все программы написаны на языке GDL, являющимся внутренним языком системы ArchiCAD.
